KR20000013396A - Capacitor and fabricating method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory:DRAM) 장치의 커패시터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a capacitor of a dynamic random access memory (DRAM) device and a manufacturing method thereof.
반도체 공정 기술의 발달로 인하여 DRAM의 집적도가 높아지면서 현재 1Giga Bit DRAM이 개발되었고 4Giga DRAM의 개발이 이루어지고 있으면서 소자의 크기가 0.15㎛이하의 선폭이 요구됨에 따라 소자와 소자, 층과 층을 연결하는 콘택홀(contact hole) 크기와 오정렬 마진(mis-align margin)도 함께 감소하고 있다.As the integration of DRAM increases due to the development of semiconductor process technology, 1Giga Bit DRAM has been developed and 4Giga DRAM is being developed, and the device size is required to have a line width of 0.15㎛ or less. The contact hole size and mis-align margin are also decreasing.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 포토리소그라피(photolithography) 공정에서 가능한 콘택홀을 작게 하여야 하고 포토 설비에서 얼라인먼트(alignment)의 정확도가 증가되어야 하기 때문에 자기 정렬 콘택(self-aligned contact)이 제안되었다. 상기 자기 정렬 방식에 의한 콘택의 형성시 포토 공정에서 작은 콘택홀 형성에 대한 부담을 덜 수 있고, 얼라인먼트 마진(alignment margin)이 증가하며, 작은 콘택홀에 비하여 모든 면적을 콘택에 사용할 수 있으므로 콘택 저항을 낮출 수 있다.In order to solve this problem, self-aligned contact has been proposed because the contact hole should be as small as possible in the photolithography process and the alignment accuracy in the photo equipment should be increased. When forming the contacts by the self-aligning method, it is possible to reduce the burden on the formation of small contact holes in the photo process, the alignment margin is increased, and all areas can be used for the contact as compared to the small contact holes. Can be lowered.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 커패시터 및 그의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도로서, 워드 라인과 나란한 방향으로 절취한 단면도이다.1A to 1D are sequential flowcharts illustrating processes of a conventional capacitor and a method of manufacturing the same, and are cross-sectional views taken along a direction parallel to a word line.
도 1a를 참조하면, 종래의 커패시터 및 그의 제조 방법은, 먼저 반도체 기판(10) 내에 활성 영역과 비활성 영역을 정의하기 위한 얕은 트렌치 격리(shallow trench isolation:12)가 형성된다. 상기 트렌치 격리(12)를 포함하여 상기 반도체 기판(10)을 완전히 덮도록 제 1 산화막(14)이 형성된다.Referring to FIG. 1A, in a conventional capacitor and a method of manufacturing the same, a shallow trench isolation 12 is first formed in the semiconductor substrate 10 to define active and inactive regions. The first oxide layer 14 is formed to completely cover the semiconductor substrate 10 including the trench isolation 12.
콘택홀 형성용 마스크를 사용하여 상기 활성 영역 상의 상기 제 1 산화막(14)을 식각함으로써 패드 형성용 콘택홀이 형성된다. 상기 콘택홀을 폴리실리콘막으로 채운 후, 상기 폴리실리콘막을 상기 제 1 산화막(14)과 나란하도록 CMP(chemical mechanical polishing) 공정으로 평탄하게 식각함으로써 상기 반도체 기판(10)과 전기적으로 연결되는 자기 정렬 스토리지 노드 콘택 패드(16)가 형성된다. 이때, 후속 공정에서 비트 라인을 반도체 기판(10)과 전기적으로 연결시키기 위한 비트 라인 콘택 패드도 동시에 형성된다.(도면에 미도시)The pad forming contact hole is formed by etching the first oxide layer 14 on the active region using a contact hole forming mask. After filling the contact hole with a polysilicon layer, the polysilicon layer is self-aligned to be electrically connected to the semiconductor substrate 10 by flat etching by a chemical mechanical polishing (CMP) process so as to be parallel to the first oxide layer 14. Storage node contact pads 16 are formed. At this time, in a subsequent process, a bit line contact pad for electrically connecting the bit line with the semiconductor substrate 10 is also formed at the same time (not shown).
도 1b에 있어서, 상기 스토리지 노드 콘택 패드(16)를 포함하여 상기 제 1 산화막(14) 상에 제 2 산화막(18)이 형성된다. 다음으로, 콘택홀 형성용 마스크를 사용하여 상기 제 2 산화막(18)을 식각함으로써 비트 라인 콘택홀이 형성된다.(도면에 미도시) 상기 비트 라인 콘택홀을 폴리실리콘막으로 채운 후, 상기 폴리실리콘막을 상기 제 2 산화막(18)과 나란하도록 평탄하게 식각함으로써 비트 라인 콘택이 형성된다.(도면에 미도시) 다음에, 상기 제 2 산화막(18) 상에 상기 비트 라인 콘택과 전기적으로 연결되는 비트 라인(20)이 형성된다.In FIG. 1B, a second oxide layer 18 is formed on the first oxide layer 14 including the storage node contact pads 16. Next, a bit line contact hole is formed by etching the second oxide film 18 using a contact hole forming mask. (Not shown) The bit line contact hole is filled with a polysilicon film, and then the poly A bit line contact is formed by etching the silicon film evenly parallel to the second oxide film 18 (not shown). Next, the bit line contact is electrically connected to the bit line contact on the second oxide film 18. Bit line 20 is formed.
상기 비트 라인(20)을 포함하여 상기 제 2 산화막(18) 상에 제 3 산화막(22)과 질화막(24) 그리고 제 4 산화막(26)이 차례로 형성된다. 상기 질화막(24)은 후속 공정에서 커패시터 유전체막의 형성시 상기 유전체막의 산소(O2)에 의해 상기 비트 라인(20)이 산화되는 것을 방지하기 위한 막이다.A third oxide film 22, a nitride film 24, and a fourth oxide film 26 are sequentially formed on the second oxide film 18 including the bit line 20. The nitride film 24 is a film for preventing the bit line 20 from being oxidized by oxygen (O 2 ) of the dielectric film when the capacitor dielectric film is formed in a subsequent process.
도 1c를 참조하면, 콘택홀 형성용 마스크를 사용하여 상기 스토리지 노드 콘택 패드(16)의 표면이 노출될 때까지 제 4 절연막(26), 질화막(24), 제 3 절연막(22), 그리고 제 2 절연막(18)을 차례로 식각함으로써 스토리지 노드 콘택홀(27)이 형성된다.Referring to FIG. 1C, a fourth insulating film 26, a nitride film 24, a third insulating film 22, and a third insulating film are formed until the surface of the storage node contact pad 16 is exposed using a contact hole forming mask. The storage node contact holes 27 are formed by sequentially etching the two insulating layers 18.
도 1d에 있어서, 상기 스토리지 노드 콘택홀(27)을 포함하여 상기 제 4 절연막(26) 상에 스토리지 노드를 형성하기 위한 폴리실리콘막이 형성된다. 그후, 스토리지 노드 형성용 마스크를 사용하여 상기 폴리실리콘막을 패터닝함으로써 상기 스토리지 노드 콘택(28)과 전기적으로 연결되는 스토리지 노드(30)가 형성된다. 상기 스토리지 노드(30)는 10000Å 이상의 두께로 형성된다. 상기 스토리지 노드(30)를 포함하여 상기 제 4 절연막(26) 상에 커패시터 유전체막(32)과 커패시터 상부 전극(34)이 차례로 형성되어 커패시터가 형성된다.In FIG. 1D, a polysilicon film is formed on the fourth insulating layer 26 including the storage node contact hole 27 to form a storage node. Thereafter, the polysilicon layer is patterned using a mask for forming a storage node to form a storage node 30 electrically connected to the storage node contact 28. The storage node 30 is formed to a thickness of more than 10000Å. The capacitor dielectric layer 32 and the capacitor upper electrode 34 are sequentially formed on the fourth insulating layer 26 including the storage node 30 to form a capacitor.
여기서, 장기 정렬 콘택을 형성하더라도 소자가 고집적화되어 감에 따라 상기 자기 정렬 콘택 패드와 스토리지 노드 콘택, 스토리지 노드 콘택과 상기 스토리지 노드 그리고 스토리지 노드 콘택과 비트 라인 그리고 스토리지 노드 콘택과 게이트간의 오정렬(mis-align) 마진이 40nm 이하로 감소되고 있다. 또한, 스토리지 노드 형성 후, 후속 금속 배선 공정에서 셀과 코어간의 단차가 10000Å 이상이 되어 포토 공정시 DOF(depth of focus) 마진이 적어 공정이 어려워지게 되는 문제가 생긴다.Here, even when the long-term alignment contacts are formed, as the devices become highly integrated, misalignment between the self-aligned contact pads, the storage node contacts, the storage node contacts, the storage nodes, the storage node contacts, the bit lines, the storage node contacts, and the gates (mis- align) margins are shrinking below 40nm. In addition, after the formation of the storage node, the step between the cell and the core becomes more than 10000 GPa in a subsequent metal wiring process, resulting in a problem that the process becomes difficult due to a small depth of focus (DOF) margin during the photo process.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 스토리지 노드 형성시 스토리지 노드와 스토리지 노드 콘택과의 오정렬 마진을 확보, 스토리지 노드 콘택 형성시 할 수 있고, 셀과 코어(core)간의 단차를 줄여 후속 배선 공정에서 포토 공정 마진을 확보할 수 있는 커패시터 및 그의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and it is possible to secure a misalignment margin between the storage node and the storage node contact when forming the storage node and to form the storage node contact, and to reduce the step between the cell and the core. It is an object of the present invention to provide a capacitor and a method of manufacturing the same which can reduce the photo process margin in a subsequent wiring process.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 커패시터 및 그의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도로서, 워드 라인과 나란한 방향으로 절취한 단면도;1A to 1D are sequential flowcharts showing processes of a conventional capacitor and a method of manufacturing the same, and are cross-sectional views taken along a direction parallel to a word line;
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 커패시터 및 그의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도로서, 비트 라인과 나란한 방향으로 절취한 단면도;2A to 2F are sequential flowcharts showing processes of the capacitor of the present invention and a method of manufacturing the same;
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 커패시터 및 그의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도로서, 워드 라인과 나란한 방향으로 절취한 단면도;3A to 3F are sequential flowcharts showing processes of the capacitor of the present invention and a method of manufacturing the same, and are cross-sectional views cut in parallel with a word line;
도 4a 및 도 4b는 라인형의 포토레지스트막 패턴을 사용하여 건식 식각한 후의 단면도; 그리고4A and 4B are cross-sectional views after dry etching using a linear photoresist film pattern; And
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀과 주변 회로의 단차를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a step between a cell and a peripheral circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10, 100 : 반도체 기판 12, 102 : 트렌치 격리10, 100: semiconductor substrate 12, 102: trench isolation
14, 108 : 제 1 산화막 106 : 게이트 전극14, 108: first oxide film 106: gate electrode
16, 110, 110a ; 콘택 패드 20, 116 : 비트 라인16, 110, 110a; Contact pads 20, 116: beat line
124 : 스토리지 노드 랜딩 패드 28 : 스토리지 노드 콘택124: storage node landing pad 28: storage node contact
30, 130 : 스토리지 노드 32, 132 : 커패시터 유전체막30, 130: storage node 32, 132: capacitor dielectric film
34, 133 : 커패시터 상부 전극34, 133: capacitor upper electrode
(구성)(Configuration)
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 커패시터 제조 방법은, 반도체 기판 상에 형성된 제 1 절연막을 뚫고 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 자기 정렬 콘택 패드를 동시에 형성하는 단계와; 상기 제 1 절연막 상에 제 2 절연막을 형성하는 단계와; 상기 제 2 절연막 상에 비트 라인을 형성하되, 상기 제 2 절연막과 식각 선택비를 갖는 절연 물질로 상부와 양측벽이 둘러싸이도록 형성하는 단계와; 상기 비트 라인과 비트 라인 사이에 상기 제 1 자기 정렬 콘택 패드와 전기적으로 연결되는 랜딩 패드를 형성하되, 상기 랜딩 패드는 상기 제 2 자기 정렬 콘택 패드와 전기적으로 연결되지 않는 범위 내로 크게 형성하는 단계와; 상기 반도체 기판의 전면에 원하는 커패시턴스를 얻을 수 있는 두께만큼 제 3 절연막을 형성하는 단계와; 스토리지 노드 콘택홀 형성용 마스크를 사용하여 상기 랜딩 패드의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 제 3 절연막을 식각하여 스토리지 노드 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 스토리지 노드 콘택홀의 표면을 따라 제 1 도전막을 형성하는 단계 및; 상기 제 3 절연막 및 제 1 도전막 상에 커패시터 유전막 및 제 2 도전막을 차례로 형성하는 단계를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, the capacitor manufacturing method comprises the steps of simultaneously forming the first and second self-aligned contact pads that are electrically connected to the semiconductor substrate through the first insulating film formed on the semiconductor substrate; ; Forming a second insulating film on the first insulating film; Forming a bit line on the second insulating film, the upper material and both side walls of the insulating material having an etch selectivity with the second insulating film; Forming a landing pad electrically connected to the first self-aligned contact pad between the bit line and the bit line, wherein the landing pad is formed to be large within a range that is not electrically connected to the second self-aligned contact pad; ; Forming a third insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate by a thickness sufficient to obtain a desired capacitance; Forming a storage node contact hole by etching the third insulating layer using the mask for forming the storage node contact hole until the upper surface of the landing pad is exposed; Forming a first conductive layer along a surface of the storage node contact hole; And sequentially forming a capacitor dielectric film and a second conductive film on the third insulating film and the first conductive film.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 비트 라인과 제 1 콘택 패드 상에 상기 제 1 절연막과 식각 선택비를 갖는 물질층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the method, the method may further include forming a material layer having an etch selectivity with the first insulating layer on the bit line and the first contact pad.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 유전막 형성 전에 상기 제 1 도전막을 건식 식각하여 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the method may further include dry etching the first conductive layer to form a spacer before forming the dielectric layer.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 커패시터는, 반도체 기판과; 상기 반도체 기판 상에 절연 물질로 둘러싸이도록 형성된 게이트 전극과; 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되도록 상기 게이트 전극 사이에 형성된 제 1 및 제 2 자기 정렬 콘택 패드와; 상기 제 1 자기 정렬 콘택 패드 및 상기 게이트 전극 상의 절연 물질의 일부와 오버랩되도록 형성된 랜딩 패드와; 상기 반도체 기판 전면에 형성된 절연막의 양측벽에 상기 랜딩 패드와 전기적으로 연결되도록 형성된 스토리지 노드를 포함하되, 상기 랜딩 패드는 상기 제 2 자기 정렬 콘택 패드와 전기적으로 연결되지 않은 범위내로 크게 형성된다.According to the present invention for achieving the above object, a capacitor includes a semiconductor substrate; A gate electrode formed to be surrounded by an insulating material on the semiconductor substrate; First and second self-aligned contact pads formed between the gate electrodes to be electrically connected to the semiconductor substrate; A landing pad formed to overlap with the first self-aligned contact pad and a portion of the insulating material on the gate electrode; A storage node formed on both sidewalls of the insulating layer formed on the front surface of the semiconductor substrate to be electrically connected to the landing pad, wherein the landing pad is formed to be large in a range that is not electrically connected to the second self-aligned contact pad.
(작용)(Action)
도 2e를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신규한 커패시터 및 그의 제조 방법은, 제 1 및 제 2 자기 정렬 콘택 패드를 포함하는 제 1 절연막 상에 제 2 절연막이 형성된다. 제 2 절연막 상에 제 2 절연막과 식각 선택비를 갖는 절연 물질로 상부와 양측벽이 둘러싸이도록 비트 라인이 형성된다. 비트 라인과 비트 라인 사이에 제 1 자기 정렬 콘택 패드와 전기적으로 연결되는 랜딩 패드가 형성된다. 이때, 랜딩 패드는 제 2 자기 정렬 콘택 패드와 전기적으로 연결되지 않는 범위 내로 크게 형성된다. 반도체 기판의 전면에 원하는 커패시턴스를 얻을 수 있는 두께만큼 제 3 절연막을 형성한 후, 스토리지 노드 콘택홀 형성용 마스크를 사용하여 랜딩 패드의 상부 표면이 노출될 때까지 제 3 절연막을 식각함으로써 스토리지 노드 콘택홀이 형성된다. 스토리지 노드 콘택홀의 표면을 따라 제 1 도전막을 형성한 후, 제 3 절연막 및 제 1 도전막 상에 커패시터 유전막 및 제 2 도전막이 차례로 형성된다. 이와 같은 커패시터 및 그의 제조 방법에 의해서, 스토리지 노드 콘택을 형성하기 위해 형성된 산화막의 두께까지 커패시터로 사용함으로써 셀(cell)과 코어(core)간의 단차를 줄여 후속 배선 형성 공정시 포토 공정 마진을 확보할 수 있고, 스토리지 노드 랜딩 패드를 크게 형성함으로써 스토리지 노드 콘택을 형성할 때 오정렬에 의해 발생하는 스토리지 노드 콘택과 비트 라인, 스토리지 노드 콘택과 게이트 전극의 단락을 방지할 수 있고, 스토리지 노드와 스토리지 노드 랜딩 패드와의 오정렬 마진을 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 2E, in the novel capacitor and the method of manufacturing the same, a second insulating film is formed on the first insulating film including the first and second self-aligned contact pads. A bit line is formed on the second insulating layer to surround the upper side and both side walls of the insulating material having an etching selectivity with the second insulating layer. A landing pad is formed between the bit line and the bit line in electrical connection with the first self-aligned contact pad. In this case, the landing pad is largely formed within a range that is not electrically connected to the second self-aligned contact pad. After forming the third insulating film on the front surface of the semiconductor substrate to a thickness capable of obtaining a desired capacitance, the storage node contact is etched by using the storage node contact hole forming mask to etch the third insulating film until the upper surface of the landing pad is exposed. Holes are formed. After the first conductive layer is formed along the surface of the storage node contact hole, a capacitor dielectric layer and a second conductive layer are sequentially formed on the third insulating layer and the first conductive layer. By using such a capacitor and a method of manufacturing the same, it is possible to use a capacitor up to the thickness of an oxide film formed to form a storage node contact, thereby reducing the step difference between a cell and a core, thereby securing a photo process margin in a subsequent wiring forming process. By forming the storage node landing pads large, it is possible to prevent short-circuits of the storage node contacts and bit lines caused by misalignment when forming the storage node contacts, the storage node contacts and the gate electrodes, and the storage node and storage node landings. The margin of misalignment with the pad can be increased.
(실시예)(Example)
이하, 도 2a 내지 도 2f, 도 3a 내지 도 3f, 도 4a 및 도 4b, 그리고 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2F, 3A to 3F, 4A and 4B, and FIG. 5.
본 발명의 커패시터는, 반도체 기판 상에 절연 물질로 둘러싸여 있는 게이트 전극이 형성된다. 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되도록 상기 게이트 전극 사이에 제 1 및 제 2 콘택 패드가 형성된다. 상기 제 1 콘택 패드 및 상기 게이트 전극 상의 절연 물질의 일부와 오버랩되도록 제 3 콘택 패드가 형성된다. 상기 반도체 기판 전면에 형성된 절연막의 양측벽에 상기 제 3 콘택 패드와 전기적으로 연결되도록 스토리지 노드가 형성된다. 이때, 상기 제 3 콘택 패드는 상기 제 2 콘택 패드와 전기적으로 연결되지 않은 범위내로 크게 형성된다.In the capacitor of the present invention, a gate electrode surrounded by an insulating material is formed on a semiconductor substrate. First and second contact pads are formed between the gate electrodes to be electrically connected to the semiconductor substrate. A third contact pad is formed to overlap with the first contact pad and a portion of the insulating material on the gate electrode. Storage nodes are formed on both sidewalls of the insulating layer formed on the front surface of the semiconductor substrate to be electrically connected to the third contact pads. In this case, the third contact pad is largely formed within a range that is not electrically connected to the second contact pad.
상기 커패시터의 제조 방법은 다음과 같다.The manufacturing method of the capacitor is as follows.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 및 그의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도로서, 비트 라인과 나란한 방향으로 절취한 단면도이다. 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 및 그의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도로서, 워드 라인과 나란한 방향으로 절취한 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는 라인형의 포토레지스트막 패턴을 사용하여 건식 식각 후의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀과 주변 회로의 단차를 보여주는 단면도이다.2A through 2F are sectional views sequentially showing processes of a capacitor and a method of manufacturing the same according to an exemplary embodiment of the present invention, and are cross-sectional views taken along line with bit lines. 3A to 3F are flowcharts sequentially illustrating processes of a capacitor and a method of manufacturing the same according to an exemplary embodiment of the present invention, and are cross-sectional views taken along line with word lines. 4A and 4B are cross-sectional views after dry etching using a line-shaped photoresist film pattern, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step between a cell and a peripheral circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 3a를 참조하면, 본 발명의 커패시터 제조 방법은, 먼저 반도체 기판(100)에 활성 영역과 비활성 영역을 정의하기 위한 트렌치 격리(trench isolation:102)가 형성된다. 다음에, 상기 반도체 기판(100) 상에 게이트 산화막(103)을 사이에 두고 게이트 전극 형성용 도전막(104)이 형성된다. 상기 도전막(104)은 예를 들어, 폴리실리콘막과 실리사이드막이 적층된 구조를 갖는다. 상기 도전막(104) 상에 마스크 질화막(105)이 형성된다. 그리고 나서, 게이트 전극 형성용 마스크를 사용하여 상기 마스크 질화막(105)과 도전막(104)을 차례로 식각함으로써 게이트 전극(106)이 형성된다.2A and 3A, in the capacitor manufacturing method of the present invention, a trench isolation 102 is first formed in the semiconductor substrate 100 to define an active region and an inactive region. Next, a gate electrode forming conductive film 104 is formed on the semiconductor substrate 100 with the gate oxide film 103 interposed therebetween. The conductive film 104 has a structure in which a polysilicon film and a silicide film are stacked, for example. A mask nitride film 105 is formed on the conductive film 104. Then, the gate nitride 106 is formed by sequentially etching the mask nitride film 105 and the conductive film 104 using a gate electrode forming mask.
그런 후, 상기 게이트 전극(106)을 포함하여 상기 반도체 기판(100) 상에 질화막이 형성된다. 상기 질화막을 에치 백(etch back) 공정으로 전면 식각함으로써 상기 게이트 전극의 양측벽에 게이트 전극 스페이서(107)가 형성된다. 상기 게이트 전극 스페이서(107)는 후속 공정에서 형성되는 자기 정렬 콘택 패드와 상기 도전막(104)의 절연을 위한 막이다.Thereafter, a nitride film is formed on the semiconductor substrate 100 including the gate electrode 106. The gate electrode spacers 107 are formed on both sidewalls of the gate electrode by etching the entire surface of the nitride layer by an etch back process. The gate electrode spacer 107 is a film for insulating the conductive layer 104 from the self-aligned contact pad formed in a subsequent process.
상기 게이트 전극(106)을 포함하여 상기 반도체 기판(100) 상에 층간 절연을 위한 제 1 산화막(108)이 형성된다. 자기 정렬 콘택 패드 형성용 마스크를 사용하여 상기 제 1 산화막(108)을 식각함으로써 패드 형성용 콘택홀이 형성된다. 그런 후, 상기 콘택홀을 포함하여 제 1 산화막(108) 상에 패드 형성용 폴리실리콘막이 증착된다. 다음에, 상기 마스크 질화막(105)의 표면이 노출될 때까지 상기 폴리실리콘막과 제 1 산화막(108)을 CMP(chemical mechanical polishing) 공정으로 평탄하게 식각함으로써 반도체 기판(100)과 전기적으로 연결되는 자기 정렬 콘택 패드(110 및 110a)가 형성된다. 상기 자기 정렬 콘택 패드(110a)는 비트 라인을 반도체 기판(100)과 전기적으로 연결시켜주기 위한 비트 라인 자기 정렬 콘택 패드이다.A first oxide film 108 for interlayer insulation is formed on the semiconductor substrate 100 including the gate electrode 106. The pad forming contact hole is formed by etching the first oxide layer 108 using a self-aligning contact pad forming mask. Thereafter, a polysilicon film for pad formation is deposited on the first oxide film 108 including the contact hole. Next, the polysilicon film and the first oxide film 108 are etched evenly by a chemical mechanical polishing (CMP) process until the surface of the mask nitride film 105 is exposed, thereby being electrically connected to the semiconductor substrate 100. Self-aligned contact pads 110 and 110a are formed. The self-aligned contact pad 110a is a bit line self-aligned contact pad for electrically connecting the bit line with the semiconductor substrate 100.
도 2b 및 도 3b에 있어서, 상기 자기 정렬 콘택 패드(110)와 후속 공정에서 형성되는 비트 라인을 절연시키기 위해 상기 반도체 기판(100) 전면에 제 2 산화막(112)이 얇게 형성된다. 이는, 후속 공정에서 비트 라인 식각 후, 상기 제 2 산화막(112)을 따로 식각하여 상기 제 2 산화막(112)의 추가 식각시 상기 제 1 산화막(108)의 식각량을 최소로 할 수 있기 때문이다.2B and 3B, a second oxide film 112 is thinly formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 to insulate the self-aligned contact pad 110 from the bit line formed in a subsequent process. This is because after the bit line is etched in a subsequent process, the second oxide layer 112 may be separately etched to minimize the etching amount of the first oxide layer 108 during the additional etching of the second oxide layer 112. .
다음에, 상기 제 2 산화막(112) 상에 질화막(113)이 형성된다. 상기 질화막(113)은 약 100Å의 두께로 형성된다. 비트 라인 콘택홀 형성용 마스크를 사용하여 상기 자기 정렬 콘택 패드(110)의 표면이 노출될 때까지 상기 질화막(113)과 제 2 산화막(112)을 차례로 식각함으로써 비트 라인 콘택홀이 형성된다(도면에 미도시).Next, a nitride film 113 is formed on the second oxide film 112. The nitride film 113 is formed to a thickness of about 100 GPa. A bit line contact hole is formed by sequentially etching the nitride film 113 and the second oxide film 112 until the surface of the self-aligned contact pad 110 is exposed using a bit line contact hole forming mask (Fig. Not shown).
상기 비트 라인 콘택을 포함하여 상기 질화막(113) 상에 비트 라인 형성용 도전막(114)과 마스크 질화막(115)이 차례로 형성된다. 상기 도전막(114)은 예를 들어, 텅스텐(W)과 같은 금속막으로 형성된다. 비트 라인 형성용 마스크를 사용하여 상기 제 2 산화막(112)을 식각 정지층으로 하여 상기 마스크 질화막(115), 도전막(114), 그리고 질화막(113)을 차례로 이방성 건식 식각함으로써 상기 비트 라인 콘택과 전기적으로 연결되는 비트 라인(116)이 형성된다. 다음에, 상기 비트 라인 형성용 마스크를 사용하여 상기 자기 정렬 콘택 패드(110)의 표면이 노출될 때까지 상기 제 2 산화막(112)이 식각된다.The bit line forming conductive layer 114 and the mask nitride layer 115 are sequentially formed on the nitride layer 113 including the bit line contacts. The conductive film 114 is formed of, for example, a metal film such as tungsten (W). By using the bit line forming mask, the mask nitride film 115, the conductive film 114, and the nitride film 113 are anisotropically dry-etched in turn with the second oxide film 112 as an etch stop layer. An electrically connected bit line 116 is formed. Next, the second oxide film 112 is etched using the bit line forming mask until the surface of the self-aligned contact pad 110 is exposed.
다음으로, 상기 비트 라인 형성용 마스크를 제거한 후, 상기 비트 라인(116)을 포함하여 상기 자기 정렬 콘택 패드(110) 상에 질화막이 형성된다. 상기 질화막을 에치 백 공정으로 전면 식각함으로써 상기 비트 라인(116) 및 상기 제 2 산화막(112)의 양측벽에 질화막 스페이서(117)가 형성된다.Next, after removing the bit line forming mask, a nitride film is formed on the self-aligned contact pad 110 including the bit line 116. The nitride film spacer 117 is formed on both sidewalls of the bit line 116 and the second oxide film 112 by etching the entire surface of the nitride film through an etch back process.
여기서, 상기 질화막(113)은 상기 도전막(114)인 텅스텐과는 식각 선택비가 작고, 상기 제 2 산화막(112)과는 큰 습식/건식 식각 선택비를 갖기 때문에 상기 도전막(114)의 식각시 상기 질화막(115)은 동시에 식각되고, 상기 제 2 산화막(112)이 식각 정지층이 된다. 랜딩 패드 콘택홀 형성을 위한 산화막의 습식 식각시 상기 제 2 산화막(112)이 식각될 수 있는데, 상기 질화막(113)은 상기 제 2 산화막(112)과 습식 식각시 식각 선택비가 100:1 이상이기 때문에 상기 질화막(113)이 더 이상의 식각을 막아 스토리지 노드 랜딩 패드와 비트 라인과의 단락을 방지할 수 있다.Here, since the nitride film 113 has a small etching selectivity with tungsten, the conductive film 114, and a wet / dry etching selectivity with the second oxide film 112, the etching of the conductive film 114 is performed. At this time, the nitride film 115 is simultaneously etched, and the second oxide film 112 becomes an etch stop layer. The second oxide layer 112 may be etched during the wet etching of the oxide layer to form the landing pad contact hole, and the nitride layer 113 may have an etching selectivity of 100: 1 or more when wet etching with the second oxide layer 112. Therefore, the nitride layer 113 may prevent further etching to prevent a short circuit between the storage node landing pad and the bit line.
그리고, 후속 Ta2O5커패시터 유전체막 형성 공정시 수행되는 건식 산소 어닐(dry O2anneal) 공정에서 산소가 산화막을 통과해서 상기 비트 라인으로 사용된 금속막을 산화시킬 수 있는데 이때, 상기 마스크 질화막(115)과 질화막 스페이서(117)와 함께 산소의 침투를 막아 비트 라인의 산화를 효과적으로 막을 수 있다.In addition, in a dry O 2 annealing process performed in a subsequent Ta 2 O 5 capacitor dielectric film forming process, oxygen may pass through an oxide film to oxidize a metal film used as the bit line, wherein the mask nitride film ( Together with the 115 and the nitride film spacers 117, the penetration of oxygen can be prevented to effectively prevent oxidation of the bit line.
다음에, 상기 비트 라인(116)과 상기 자기 정렬 콘택 패드(110)의 표면을 따라 질화막(118)이 얇게 형성된다. 그런 후, 상기 반도체 기판(100)의 전면에 제 3 산화막(120)이 형성된다. 상기 제 3 산화막(120)이 CMP 공정으로 상기 비트 라인(116) 상에 약 700Å의 두께가 남도록 평탄하게 식각된다. 평탄화된 상기 제 3 산화막(120)의 두께는 약 4000Å이다.Next, a thin nitride film 118 is formed along the surfaces of the bit line 116 and the self-aligned contact pad 110. Thereafter, a third oxide film 120 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The third oxide layer 120 is flatly etched to leave a thickness of about 700 μs on the bit line 116 by the CMP process. The thickness of the planarized third oxide film 120 is about 4000 kPa.
도 2c 및 도 3c를 참조하면, 포토리소그라피(photolithography) 공정으로 스토리지 노드 랜딩 패드 형성을 위한 포토레지스트막 패턴(121)이 콘택형으로 형성된다. 상기 포토레지스트막 패턴(121)을 마스크로 사용하여 상기 제 3 산화막(120)의 일부분을 이방성 건식 식각함으로써 오프닝(122)이 형성된다. 도 4a 및 도 4b는 라인형으로 패터닝하여 상기 제 3 산화막(120)을 부분 이방성 건식 식각한 후의 단면을 보여주는 도면이다.2C and 3C, a photoresist layer pattern 121 for forming a storage node landing pad is formed in a contact type by a photolithography process. An opening 122 is formed by anisotropic dry etching a portion of the third oxide layer 120 using the photoresist layer pattern 121 as a mask. 4A and 4B are cross-sectional views of the third oxide film 120 after partial anisotropic dry etching by patterning in a line shape.
상기 제 3 산화막(120)의 부분 식각량은 후속 스토리지 노드 랜딩 패드 콘택홀을 형성하기 위한 습식 식각시 비트 라인 방향으로 식각되어 확장되는 길이와 포토리소그라피로 패터닝된 패턴 크기를 고려하여 스토리지 노드 랜딩 패드간에 비트 라인 방향으로 전기적으로 연결되지 않도록 식각량을 고려해야 한다.The partial etching amount of the third oxide layer 120 is a storage node landing pad in consideration of the length that is etched and extended in the bit line direction and the pattern size patterned by photolithography during wet etching to form a subsequent storage node landing pad contact hole. The amount of etch must be taken into account to ensure that the wires are not electrically connected in the bit line direction.
예들 들어, 상기 제 3 산화막(120)의 두께가 4000Å 정도이고, 셀 단위 피치 사이즈(pitch size)가 600nm 정도일때 포토레지스트막 패턴의 폭을 150nm 정도로 패터닝하고, 스토리지 노드 랜딩 패드의 브리지(bridge) 방지를 위한 마진을 50nm 정도를 두면 최대 550nm의 길이를 갖는 랜딩 패드를 만들 수 있다. 그러므로, 포토레지스트막 패턴의 폭 150nm를 제외하면 한쪽 방향으로 최대 200nm까지 습식 식각을 할 수 있다.For example, when the thickness of the third oxide layer 120 is about 4000 GPa and the cell unit pitch size is about 600 nm, the width of the photoresist layer pattern is patterned to about 150 nm, and the bridge of the storage node landing pad is formed. With a margin of around 50nm, you can make landing pads up to 550nm long. Therefore, it is possible to wet etch up to 200 nm in one direction except for the width of 150 nm of the photoresist film pattern.
따라서, 스토리지 노드 랜딩 패드를 형성하기 위해 건식 식각을 할 때, 2000Å 이상을 식각한 후, 2000Å 정도를 습식 식각함으로써 워드 라인과 나란한 방향으로 길이 550nm의 스토리지 노드 랜딩 패드를 형성할 수 있다.Therefore, when dry etching to form the storage node landing pad, after etching 2000 Å or more, and wet etching about 2000 Å, the storage node landing pad having a length of 550 nm can be formed in a direction parallel to the word line.
도 2d 및 도 3d에 있어서, 랜딩 패드 콘택홀 형성용 마스크(121)를 사용하여 상기 질화막(118)의 표면이 노출될 때까지 상기 제 3 산화막(120)을 등방성 습식 식각을 함으로써 랜딩 패드 콘택홀(123)이 형성된다. 상기 질화막(118)은 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(106) 양측의 상기 제 1 산화막(108)이 등방성 습식 식각시 손상되는 것을 방지하기 위한 막이다. 다음에, 상기 질화막(118)이 에치 백 공정으로 전면 식각된다.2D and 3D, the landing pad contact hole is formed by isotropic wet etching the third oxide film 120 until the surface of the nitride film 118 is exposed using the landing pad contact hole forming mask 121. 123 is formed. As illustrated in FIG. 2D, the nitride layer 118 is a layer for preventing the first oxide layer 108 on both sides of the gate electrode 106 from being damaged during isotropic wet etching. Next, the nitride film 118 is entirely etched by an etch back process.
본 발명의 방법적 특징은, 상기 제 3 산화막(120)의 적당량을 부분 이방성 건식 식각을 한 후, 등방성 습식 식각을 함으로써 콘택홀이 확장되어 스토리지 노드 랜딩 패드 형성용 콘택홀(123)이 형성된다. 이때, 상기 스토리지 노드 랜딩 패드 콘택홀(123)을 형성하기 위해 습식 식각시 등방성 식각이 되기 때문에 스토리지 노드 랜딩 패드와 비트 라인 자기 정렬 콘택 패드(110a)와의 단락을 방지할 수 있다.According to the method feature of the present invention, after the partial anisotropic dry etching of an appropriate amount of the third oxide film 120, the contact hole is extended by isotropic wet etching to form a contact hole 123 for forming a storage node landing pad. . At this time, since the isotropic etching is performed during the wet etching to form the storage node landing pad contact hole 123, a short circuit between the storage node landing pad and the bit line self-aligned contact pad 110a may be prevented.
도 2e 및 도 3e를 참조하면, 상기 마스크(121)를 제거한 후, 상기 스토리지 노드 랜딩 패드 콘택홀(123)을 포함하여 상기 제 3 산화막(120) 상에 패드 형성용 폴리실리콘막이 형성된다. 그 다음에, CMP 공정으로 상기 비트 라인의 마스크 질화막(115)을 식각 정지층으로 하여 상기 폴리실리콘막과 제 3 산화막(120)을 평탄하게 식각함으로써 상기 자기 정렬 콘택 패드(110)와 전기적으로 연결되는 스토리지 노드 랜딩 패드(124)가 형성된다. 여기서, 상기 스토리지 노드 랜딩 패드(124)는 상기 비트 라인 상부의 마스크 질화막(115)과 제 3 산화막(120)에 의해 셀 단위로 분리되어 있다.2E and 3E, after removing the mask 121, a polysilicon film for pad formation is formed on the third oxide layer 120 including the storage node landing pad contact hole 123. Next, the polysilicon layer and the third oxide layer 120 are etched flatly by using the mask nitride layer 115 of the bit line as a etch stop layer by a CMP process, thereby electrically connecting the self-aligned contact pads 110. The storage node landing pad 124 is formed. The storage node landing pad 124 is separated in units of cells by the mask nitride layer 115 and the third oxide layer 120 on the bit line.
상기 반도체 기판(100)의 전면에 커패시터의 높이만큼 제 4 산화막(125)이 형성된다. 포토레지스트막 패턴(126)을 마스크로 사용하여 상기 스토리지 노드 랜딩 패드(124)와 비트 라인 마스크 질화막(115)의 표면이 노출될 때까지 상기 제 4 산화막(125)을 건식 이방성 식각을 함으로써 오프닝(128)이 형성된다.The fourth oxide film 125 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 by the height of the capacitor. By using the photoresist layer pattern 126 as a mask, the fourth oxide layer 125 is subjected to dry anisotropic etching until the surfaces of the storage node landing pad 124 and the bit line mask nitride layer 115 are exposed. 128) is formed.
도 2f 및 도 3f에 있어서, 상기 제 4 산화막(125) 상과 상기 오프닝(128)의 양측벽 및 하부면을 따라 폴리실리콘막(130)이 형성된다. 다음에, 상기 제 4 산화막(125) 상의 폴리실리콘막(130)을 제거하여 셀(cell) 단위로 스토리지 노드 하부 전극을 분리하기 위해 에치 백 공정으로 식각함으로써 스토리지 노드 즉, 커패시터 하부 전극(130)이 형성된다. 상기 제 4 산화막(125) 상과 상기 커패시터 하부 전극(130) 및 스토리지 노드 랜딩 패드(124)의 표면을 따라 커패시터 유전체막(132)이 형성된다. 상기 커패시터 유전체막(132)은 예를 들어, Ta2O5로 형성된다. 마지막으로, 상기 오프닝(128)을 폴리실리콘막으로 채워 커패시터 상부 전극(133)을 형성함으로써 커패시터가 형성된다.2F and 3F, a polysilicon film 130 is formed on the fourth oxide film 125 and along both sidewalls and the bottom surface of the opening 128. Next, the polysilicon layer 130 on the fourth oxide layer 125 is removed, and the storage node, that is, the capacitor lower electrode 130 is etched by an etch back process in order to separate the storage node lower electrode in units of cells. Is formed. A capacitor dielectric layer 132 is formed on the fourth oxide layer 125 and along surfaces of the capacitor lower electrode 130 and the storage node landing pad 124. The capacitor dielectric layer 132 is formed of, for example, Ta 2 O 5 . Finally, a capacitor is formed by filling the opening 128 with a polysilicon film to form the capacitor upper electrode 133.
여기서, 산화막 내에 스페이서형의 하부 전극을 형성하기 때문에 종래에 비해 사용할 수 있는 스토리지 노드 단면적은 감소되지만 스토리지 노드 랜딩 패드을 이용함으로써 종래의 스토리지 노드 콘택을 형성하기 위해 사용되었던 산화막의 두께까지 커패시터로 사용할 수 있어 표면적이 증가될 수 있다. 또한 스토리지 노드간이 산화막으로 절연되어 있어 스토리지 노드간의 단락을 방지할 수 있다.Here, since the lower electrode of the spacer type is formed in the oxide film, the storage node cross-sectional area which can be used is reduced compared to the conventional one, but by using the storage node landing pad, the thickness of the oxide film used to form the conventional storage node contact can be used as a capacitor. Surface area can be increased. In addition, the storage nodes are insulated with oxide layers to prevent short circuits between storage nodes.
그리고, 포토레지스트막 패턴을 마스크로 사용하여 상기 상부 전극(133)을 패터닝할 때, 상기 제 4 산화막(125)의 식각량을 3000Å 이하로 함으로써, 셀과 코어(core) 간의 단차(h)를 도 5에 도시된 바와 같이 감소시킬 수 있기 때문에 후속 금속 배선(135) 형성 공정시 포토 공정 마진이 증가된다.When the upper electrode 133 is patterned by using a photoresist film pattern as a mask, the etching amount of the fourth oxide film 125 is set to 3000 kPa or less, thereby reducing the step h between the cell and the core. As shown in FIG. 5, the photo process margin is increased during the subsequent metal line 135 forming process.
본 발명은 스토리지 노드 콘택을 형성하기 위해 형성된 산화막의 두께까지 커패시터로 사용함으로써 셀(cell)과 코어(core)간의 단차를 줄여 후속 배선 형성 공정시 포토 공정 마진을 확보할 수 있고, 스토리지 노드 랜딩 패드를 크게 형성함으로써 스토리지 노드 콘택을 형성할 때 오정렬에 의해 발생하는 스토리지 노드 콘택과 비트 라인, 스토리지 노드 콘택과 게이트 전극의 단락을 방지할 수 있고, 스토리지 노드와 스토리지 노드 랜딩 패드와의 오정렬 마진을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by using a capacitor up to the thickness of an oxide film formed to form a storage node contact, a step difference between a cell and a core can be reduced, thereby securing a photo process margin in a subsequent wiring forming process, and a storage node landing pad. By forming a larger value, the short circuit of the storage node contact and the bit line, the storage node contact and the gate electrode caused by the misalignment when forming the storage node contact can be prevented, and the misalignment margin between the storage node and the storage node landing pad is increased. It can be effected.
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